[發(fā)明專利]多孔碳材料的制備方法及其應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711452620.9
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108198696A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張健敏;華青松;戴作強;張洪信;鄒榮國;張紀鵬;高振岳
• 申請（專利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/34
• 代理公司: 青島中天匯智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 袁曉玲;郝團代

本發(fā)明提供一種多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將纖維素纖維在5wt％?40wt％的氯化鋅溶液中浸泡30?60min，使纖維素纖維的表面部分溶解；(2)在去離子水中固化片刻之后，放入干燥裝置中進行干燥；(3)采用氬氣作為保護氣氛進行碳化。本發(fā)明首次提出采用一種簡單可行的全新工藝方法即選擇性表面溶解法，對纖維素纖維進行預(yù)處理后再高溫碳化，通過對各項工藝參數(shù)對孔結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的影響進行研究，得到最優(yōu)工藝參數(shù)，制備得到大比表面積、豐富孔結(jié)構(gòu)的多孔活性碳材料，其作為獨立電極材料(不需要填加導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑)制備成超級電容器，比電容可達到488F/g，遠遠超過現(xiàn)有的同類超級電容器，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔碳材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

超級電容器作為性能優(yōu)異的儲能器件受到越來越多的關(guān)注，已應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通充電設(shè)備、便攜式電子產(chǎn)品等。活性炭是應(yīng)用最廣泛的超級電容器的電極材料，它有重量輕、來源廣泛、價格低廉、比表面積較大、導(dǎo)電性好等優(yōu)點。

超級電容器電極材料的比表面積和孔結(jié)構(gòu)是影響電容器電化學(xué)性能的主要因素，現(xiàn)有的活性炭孔結(jié)構(gòu)比較單一(微孔為主)，雖然它的比表面積不小(1400m²/g)，但是大量微孔對電解液中的離子擴散有相當大的阻礙作用，因此這種活性炭作為電極材料的超級電容器的比電容不高，市場上現(xiàn)有的使用活性炭作為電極材料的超級電容器的比電容為175F/G。

一般來說活性炭的制備工藝包括活化過程與碳化過程。活化過程是活性炭制備過程中最關(guān)鍵的步驟，在活化過程中，活性炭材料的孔結(jié)構(gòu)形成，比表面積增大。目前較為普遍采用的活化過程是在酸或堿溶液中對木質(zhì)原料、煤系原料、石油原料或塑料類原料進行高溫(超過600℃)活化，該方法在制備過程中需要消耗大量酸堿試劑和能源，制備的活性炭需要填加導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑之后才能作為電極材料，使生產(chǎn)成本增加并對環(huán)境造成污染。目前文獻報道中采用高溫活化并碳化得到的活性炭的最大比電容為100-250F/g，雖然比電容有一定提高，但是仍然無法有效控制孔結(jié)構(gòu)的形成，孔結(jié)構(gòu)依然以微孔為主，結(jié)構(gòu)比較單一。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有活性炭材料制備工藝成本高，存在環(huán)境污染，孔結(jié)構(gòu)單一，作為電極材料制備的超級電容比電容較低的上述問題，本發(fā)明提供一種多孔碳材料的制備方法，首次采用選擇性表面溶解法進行碳化前預(yù)處理，制備得到大比表面積、豐富孔結(jié)構(gòu)的多孔活性碳材料，其作為獨立電極材料(不需要填加導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑)制備成超級電容器，比電容可達到488F/g。

本發(fā)明一方面提供一種多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將纖維素纖維在5wt％-40wt％的氯化鋅溶液中浸泡30-60min，使纖維素纖維的表面部分溶解；(2)在去離子水中固化片刻之后，放入干燥裝置中進行干燥；(3)采用氬氣作為保護氣氛進行碳化。

進一步的，所述步驟(1)將纖維素纖維在40wt％的氯化鋅溶液中浸泡60min。

進一步的，所述步驟(2)80℃干燥2h。

進一步的，所述步驟(3)650℃碳化2h。

進一步的，所述步驟(3)采用真空管式爐碳化。

本發(fā)明另一方面還提供上述多孔碳材料作為電極材料的應(yīng)用。

進一步的，將多孔碳材料直接作為紐扣電池的兩電極，制成超級電容器器件。

進一步的，將多孔碳材料與金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔飶?fù)合制得電極材料，用于法拉第贗電容超級電容器。

本發(fā)明還提供一種超級電容器，該超級電容器包括多孔活性碳電極，所述多孔活性碳電極的材料為權(quán)利要求1制備的多孔碳材料。

上述多孔碳材料還可以作為吸附材料或者催化劑載體。